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飞行模拟器视景系统的设计与实现
董鸿鹏;王春财;张波
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2018(038)0z1
【摘要】飞行模拟器的视景系统是飞行模拟器的重要组成部分,显著影响着整体模拟器飞行仿真的效果.针对飞行模拟视景系统场景范围大、场景对象复杂及对系统实时性要求较高等特点,设计了一种飞行模拟器视景系统实现方法,对视景系统实现过程中的视景显示系统、Mantis视景仿真软件和视景数据库给出了具体的设计方法,并对视景仿真中多通道网络同步、文件缓存及三维云仿真等关键技术进行较为深入的研究,提出了一种基于Mantis架构下的整个视景系统的设计开发流程.最终视景显示系统的实际效果能到达飞行员对起飞降落等日常训练的要求,飞行模拟器功能和性能的相关指标要求,实用性良好.
【总页数】5页(P228-231,235)
【作者】董鸿鹏;王春财;张波
【作者单位】92728部队,上海200040;92728部队,上海200040;92728部队,上海200040
【正文语种】中文
【中图分类】T391.9
【相关文献】
1.直升机飞行模拟器视景系统地形数据库的设计与实现 [J], 马天翼;张建国
2.某飞行模拟器视景系统的设计与实现 [J], 邓晴莺;李国翬;王宝奇;姚建铨
3.飞行模拟器视景系统中视觉传感器仿真模型 [J], 陈春;李陆冀;刘兴
4.大下视场飞行模拟器视景系统的设计与实现 [J], 邓晴莺;李国翬;王宝奇;姚建铨
5.飞行模拟器视景系统的设计与实现 [J], 唐海林
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基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统设计1. 引言1.1 研究背景飞行器的性能在飞行过程中起着至关重要的作用。
为了更好地了解和优化飞行器性能，研究人员需要开发一种能够实时监测和展示飞行器性能的可视化仿真系统。
基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统正是为了满足这一需求而设计的。
在过去的研究中，虽然已经有了一些飞行器性能仿真系统，但大部分系统都存在着一些问题，比如实时性不够强、可视化效果不够直观等。
有必要对现有系统进行改进和完善，以提高飞行器性能监测和优化的效果。
通过对Prepar3D这一飞行仿真软件的深入了解和研究，可以发现其拥有丰富的飞行器模型和场景，能够为飞行器性能仿真系统的设计提供很好的基础。
基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统的设计和研究具有重要的研究价值和实用意义。
1.2 研究意义飞行器性能可视化仿真系统的设计具有重要的研究意义。
通过该系统可以实现飞行器性能的实时监测与评估，帮助飞行员更好地掌握飞行器的状态和性能，提高飞行安全性和效率。
该系统可以用于飞行器设计与优化，通过模拟不同参数对飞行器性能的影响，为设计者提供重要参考，优化飞行器结构和飞行参数，提高性能表现。
飞行器性能可视化仿真系统还可以用于飞行器故障诊断与预防，通过监测飞行器各个系统的性能数据，及时发现故障并采取措施修复，保障飞行器的安全飞行。
设计和实现基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统具有重要的实际应用价值和研究意义。
1.3 研究目的飞行器性能可视化仿真系统的设计旨在实现对飞行器性能的准确评估和可视化展示，以帮助飞行器设计师和工程师更好地了解飞行器的性能特征和优化设计方向。
具体研究目的包括：1. 提高飞行器设计效率和性能：通过对飞行器的性能进行实时监测和分析，设计师和工程师可以快速了解飞行器的飞行特性，从而及时调整设计方案，提高飞行器的性能和稳定性。
2. 实现飞行器性能可视化：通过引入可视化算法和技术，将飞行器的数据进行可视化展示，使用户能够直观地了解飞行器的性能指标，提高对飞行器性能的理解和分析能力。
驾机合一多通道视景仿真系统研究的开题报告一、研究背景驾驶员培训是飞行训练工作中至关重要的环节，培训质量的高低直接影响到飞行安全和航空业的发展。
而现代飞机驾驶员培训已经逐渐从传统的实机训练向仿真训练转变，这主要是因为传统实机训练的成本高、效率低，而且无法满足飞行员的多样化训练需求。
仿真训练在实践中呈现出较高的实用性和可行性，各类仿真设备也在不断更新和升级，其中，视景仿真系统是其中最核心的装置，它可以大幅度提高训练质量和效率，提高学员的飞行技能和飞行安全意识。
二、研究目的本文旨在提出一种全新设计的多通道驾机合一视景仿真系统，实现高效、真实的模拟飞行体验，更好地提高飞行员的技术水平和应对意外事件的能力。
三、研究内容1. 驾机合一设计原理研究，设计基于机器学习的智能飞控系统，提高系统逼真度和用户交互性。
2. 多通道视景仿真系统设计和实现，深入研究视景仿真技术和实现机制。
3. 安全飞行培训场景设计，针对实际的飞行训练需求和场景，开发安全飞行课程模块，强化实战性训练。
4. 设计仿真训练评估模块，精准测算学员的驾驶技能水平和专业素质，针对性地进行反馈和调整。
四、研究意义本研究的成果将可以大幅度提高飞行员训练的质量和效率，进一步完善现代航空业人才培养体系，提高飞行安全保障水平。
此外，对于视景仿真领域的研究也将具有重要的理论和实践意义。
五、研究预期结果通过研究和开发多通道驾机合一视景仿真系统，可以实现以下成果：1. 实现高精度、逼真的飞行环境仿真，与实机训练效果相近。
2. 具备智能飞控系统机制，实现全自动驾驶。
3. 提供多种飞行培训场景，针对实际训练需要进行参数定制。
4. 可用于各类飞行培训机构的学员训练，实现飞行训练的高效实用。
三维仿真模拟训练系统（二）2024 三维仿真模拟训练系统（二） 引言概述： 三维仿真模拟训练系统是一种利用计算机技术和虚拟现实技术，对真实世界的场景和操作进行模拟的训练系统。本文将从以下五个大点来详细阐述三维仿真模拟训练系统的相关内容。
1. 三维模拟环境的构建 a. 数据收集与处理，包括地理信息、建筑结构等数据的采集和处理。
b. 场景建模与渲染，使用建模软件将数据转化为可视化的三维场景。
c. 物理引擎与碰撞检测，实现真实感的物理效果和环境交互。 2. 用户交互与操作 a. 输入设备的使用，包括手柄、触控屏等，提供用户与虚拟环境的交互接口。
b. 动作捕捉技术的应用，通过捕捉用户的动作实现真实的操作体验。
c. 操作指令和反馈机制，通过系统的反馈指导用户进行操作和训练。
3. 虚拟角色与行为仿真 a. 虚拟角色的创建与设计，包括外观、动作和行为等方面。 b. 人工智能技术的应用，使虚拟角色具有智能化的行为模拟和决策能力。 三维仿真模拟训练系统（二）2024 c. 多人协同与互动，多个用户在虚拟环境中进行协同训练和互动。
4. 训练效果评估与数据分析 a. 训练过程参数的记录和分析，监控用户在训练过程中的表现和状态。
b. 训练效果的反馈与评估，根据用户的表现和结果给予反馈和评价。
c. 数据分析与挖掘，通过对大量的训练数据进行分析，提取有用的信息。
5. 应用领域与发展趋势 a. 军事模拟训练，包括军事战场、武器操作和战术决策等方面的训练。
b. 航空航天领域，包括飞行模拟、航天器设计和航空管制等训练应用。
c. 医疗技术培训，包括手术操作、病例分析和急救演练等医疗领域的训练。
总结： 三维仿真模拟训练系统是一种通过计算机技术和虚拟现实技术对真实场景和操作进行模拟的训练系统。本文从三维模拟环境的构建、用户交互与操作、虚拟角色与行为仿真、训练效果评估与数据分析以及应用领域与发展趋势等五个大点进行了详细阐述。随着技术的不断进步和应用领域的扩大，三维仿真模拟训练系统将在各个领域发挥更加重要的作用。
基于虚拟仿真技术的航空模拟训练系统虚拟仿真技术在航空领域中扮演着重要的角色，它能够提供高效且安全的航空模拟训练环境。
本文将讨论基于虚拟仿真技术的航空模拟训练系统的优势、组成以及对飞行员培训的影响。
一、概述航空模拟训练系统是一种通过虚拟仿真技术提供飞行员实际场景训练的系统。
它通过模拟飞行器操作、天气状况、机械故障等情况，为飞行员提供真实的模拟体验，以提高其飞行技能和决策能力。
二、系统组成1.硬件设备航空模拟训练系统需要包括飞行控制台、多功能显示器、操作杆、座椅等硬件设备，以提供逼真的飞行体验。
2.虚拟仿真软件虚拟仿真软件是航空模拟训练系统的核心。
它使用先进的计算技术和三维渲染技术，模拟真实的飞行环境，包括飞行器的机械特性、气象状况、飞行任务等。
飞行员可通过虚拟仿真软件进行各种飞行训练，如常规飞行、紧急情况处理、航线规划等。
三、优势1.安全性航空模拟训练系统可以提供高度安全的训练环境，飞行员在模拟系统中可以接触到各种紧急状况和故障，并学习正确的处理方法，从而增强应急能力。
2.成本效益相比实际飞行训练，使用航空模拟训练系统可以大大降低培训成本。
模拟训练不需要真实飞行器和昂贵的燃油维护费用，同时减少了人为错误带来的额外费用。
3.增强训练效果通过虚拟仿真技术，航空模拟训练系统使飞行员可以反复训练和模拟各种场景，以不断提高其飞行技能和应变能力。
这种反复训练和模拟的机会是实际飞行训练无法提供的。
四、对飞行员培训的影响航空模拟训练系统对飞行员培训有着积极的影响。
首先，它可以提供更加安全和高效的培训环境，使飞行员掌握正确的操作技巧和应变能力。
其次，模拟训练系统可以定制各种场景和飞行任务，帮助飞行员完成特殊训练需求，如在复杂天气条件下的飞行、特定机型的操作等。
最重要的是，航空模拟训练系统大大缩短了飞行员的培训周期，使其能够更快地投入实际飞行任务中。
总结基于虚拟仿真技术的航空模拟训练系统在航空培训中发挥着重要作用。
它通过提供安全、成本效益高且高度可定制的训练环境，大大提高了飞行员的技能和应变能力。
全飞行模拟机视景系统显示技术的发展
飞行模拟机是模拟真实飞行状态的设备，具有高度的现实感和准确性，能够提高飞行员的训练效果，降低实际飞行的风险。
而视景系统则是飞行模拟机上重要的一项技术，能够提供真实的飞行场景，为飞行员提供完成飞行任务所需的视觉信息。
飞行模拟机视景系统的显示技术在不断地发展，从最初的简单投影系统，逐渐发展为多通道、高分辨率、多功能的立体显示系统。
下面将从以下三个方面介绍飞行模拟机视景系统显示技术的发展：
一、投影式视景系统
早期的飞行模拟机视景系统采用单一的高功率光源，通过大型透镜将全景投影在凸面反射屏幕上，然后飞行员通过视角的变化来感受飞行状态的变化。
这种系统的优点是成本低，缺点是分辨率较低，难以提供逼真的飞行感受。
二、LED阵列视景系统
随着LED技术的发展，LED阵列视景系统逐渐普及。
该系统的原理是通过数万个LED 灯组成像元点阵列，产生逼真的图像，使飞行员获得更真实的飞行体验。
LED阵列视景系统具有分辨率高、亮度强、色彩饱和度高、可靠性好等优点。
近年来，随着硬件与软件技术的不断进步，全景投影式视景系统逐渐成为主流。
该系统利用几十个投影机在整个圆柱面上反射出图像，产生逼真的画面效果。
全景投影式视景系统的优点是图像质量好、分辨率高、视野广阔、可扩展性强。
总的来说，随着技术的不断发展，飞行模拟机视景系统显示技术越来越成熟，能够提供更加逼真的视觉体验，为飞行员的训练提供更好的帮助。
未来，随着虚拟现实技术的应用以及计算机性能的不断提高，飞行模拟机视景系统的显示技术将会向更高的方向发展，实现更真实的飞行体验。
Journal of Computer Applications计算机应用，2018, 38( SI):228 - 231，235ISSN 1001-9081CODEN JYIIDU2018-06-15文章编号：1001-9081 (2018) Sl-0228-04飞行模拟器视景系统的设计与实现董鸿鹏'王春财，张波(92"/28部队，上海200040)(*通信作者电子邮箱w^sdjh@126. com)摘要：飞行模拟器的视景系统是飞行模拟器的重要组成部分，显著影响着整体模拟器飞行仿真的效果。
针对 飞行模拟视景系统场景范围大、场景对象复杂及对系统实时性要求较高等特点，设计了 一种飞行模拟器视景系统实 现方法,对视景系统实现过程中的视景显示系统、M a n tis视景仿真软件和视景数据库给出了具体的设计方法，并对视 景仿真中多通道网络同步、文件缓存及三维云仿真等关键技术进行较为深入的研究，提出了一种基于M a n tis架构下 的整个视景系统的设计开发流程。
最终视景显示系统的实际效果能到达飞行员对起飞降落等日常训练的要求，飞行 模抵器功能和性能的相关指标要求，实用性良好。
关键词：飞行仿真;视景系统;模拟器中图分类号：T391.9 文献标志码:ADesign and implementation of visual simulation system in flight simulatorDONG Hongpeng% WANG Chuncai, ZHANG Bo(Unit92728, Shanghai200040, China)Abstract：The visual simulation system i s an important component of f l i g h t simulator, having a significant influence onf l igh t simulation. The visual simulation system hasits own characteristics, wide range, complex object of the scene and highrequirements of real-time. Based on the characteristics and requests of the whole f l i g h t simulator for the visual simulation system, the design method of visual display system, Mantis software and scene database were given, the development progress and implementation method of the system were introduced based on Mantis, and some key technologies during the system implementation, including multi-channel communication synchronization, cached f i l e,3D clouds simulation, were explored.The results indicate that system meets daily training requirement and achieves high-quality of visual e f f e c t.Key words: f l i g h t simulation; visual simulation system; simulator〇引言飞行模拟器能够模拟航空器执行飞行任务时的飞行状态、飞行环境和飞行条件，并能给飞行员提供近似真实的操纵负荷、视觉、听觉以及运动感觉。
三维仿真模拟训练系统（一）引言概述：三维仿真模拟训练系统是一种利用计算机技术和三维建模技术构建的虚拟训练环境，旨在通过模拟真实场景和情境，提供具有实战性的训练资源，以帮助训练对象提升技能水平和决策能力。
本文将对三维仿真模拟训练系统进行详细介绍，包括其原理、功能、应用领域、优势和未来发展方向。
正文内容：1. 原理1.1 数学模型：三维仿真模拟训练系统基于一系列数学模型，包括几何模型、物理模型、运动学模型等，通过对现实物体和运动过程进行建模和仿真，实现真实感观的模拟效果。
1.2 传感器技术：通过结合传感器技术，三维仿真模拟训练系统能够准确捕捉和反馈训练对象的动作和表现，以实时调整仿真环境和提供即时反馈，增强训练的针对性和实用性。
2. 功能2.1 场景模拟：三维仿真模拟训练系统能够模拟各种真实场景，如战场环境、航天飞行、医疗手术等，让训练对象在虚拟环境中感受到真实场景的复杂性和压力，提高应对复杂情况的能力。
2.2 交互体验：通过交互设备，训练对象可以与虚拟环境进行互动，进行各种操作和实验，同时系统能够根据训练对象的操作和反馈进行实时调整，提供个性化的训练体验。
2.3 数据分析：三维仿真模拟训练系统具备数据采集和分析功能，能够记录和分析训练对象的行为数据，包括反应时间、准确度等指标，为训练评估和改进提供数据支持。
2.4 多人协作：系统支持多人模式，多个训练对象可以在同一虚拟环境中进行训练，并进行协作和协同训练，提高团队合作能力和沟通协调能力。
2.5 定制开发：三维仿真模拟训练系统具备定制开发功能，可以根据不同的训练需求和应用领域进行定制化开发，提供个性化的训练方案和功能模块。
3. 应用领域3.1 军事训练：三维仿真模拟训练系统在军事领域得到广泛应用，可以模拟战场环境、武器操作等，提升作战能力和战时决策能力。
3.2 航空航天：在航空航天领域，三维仿真模拟训练系统能够提供飞行模拟、航天器操作等训练，培养飞行员和宇航员的技能和心理素质。
基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统设计一、引言二、系统设计1. 系统架构基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统的架构主要包括三个部分：飞行器模型、性能数据计算模块和可视化界面。
飞行器模型以及性能数据计算模块是系统的核心部分，它们负责对飞行器进行建模和性能计算。
可视化界面则是用户与系统进行交互的窗口。
2. 飞行器模型飞行器模型是系统中最核心的部分，它直接决定了系统的仿真精度。
飞行器模型包括飞行器的外形、质量、气动特性等，这些都是影响飞行器性能的重要因素。
在基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统中，飞行器模型是通过插件的方式进行实现的。
Prepar3D提供了丰富的插件接口，开发者可以利用这些接口对飞行器模型进行定制，满足不同的需求。
开发者可以根据飞行器的具体类型（民航飞机、军用飞机、无人机等）进行开发，从而使飞行器模型更符合实际情况。
3. 性能数据计算模块性能数据计算模块是系统中另一个核心部分，它负责对飞行器的性能进行计算。
性能数据计算模块需要具备对飞行器进行运动学和动力学分析的能力，以及对不同飞行阶段（起飞、巡航、着陆等）进行性能评估的能力。
在基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统中，性能数据计算模块是通过编程的方式进行实现的。
开发者可以利用Prepar3D提供的SDK，结合飞行器模型的相关数据，编写相应的运动学和动力学计算程序，实现对飞行器性能的实时评估。
4. 可视化界面可视化界面是系统中用户与系统进行交互的窗口，它需要直观、友好地展示飞行器的性能数据，以及能够提供相关操作功能。
在基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统中，可视化界面一般是以图形化界面的形式进行实现的。
开发者可以利用Prepar3D提供的UI组件开发相关界面，从而使用户能够方便地与系统进行交互。
三、系统实现飞行器模型的实现需要对飞行器的相关数据进行建模，并将其与Prepar3D进行集成。
基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统设计全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着航空工业的不断发展，飞行器的设计与制造变得越来越复杂。
为了更好地了解飞行器的性能表现，飞行器性能可视化仿真系统应运而生。
本文将讨论基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统的设计。
我们需要了解Prepar3D是什么。
Prepar3D是由洛克希德·马丁公司开发的飞行器模拟平台，它主要用于培训、教学和专业模拟。
Prepar3D提供了高质量的模拟环境和丰富的飞行器模型库，使其成为飞行器性能可视化仿真系统的理想平台。
1. 数据采集与处理飞行器性能数据的采集是系统设计的关键。
我们需要对飞行器进行实地测试，获取飞行器在不同条件下的性能数据，如速度、高度、航向等。
这些数据需要经过处理与整合，以便在Prepar3D中进行可视化展现。
2. 数据接口开发为了将采集到的飞行器性能数据与Prepar3D进行集成，我们需要开发相应的数据接口。
这个接口可以是与预先定义的数据格式进行对接，也可以是通过自定义的插件与Prepar3D进行数据交换。
通过数据接口，我们可以实现飞行器性能数据的实时更新，从而实现动态的性能可视化。
3. 可视化界面设计飞行器性能可视化仿真系统的用户界面需要直观清晰，方便用户进行操作。
在界面设计中，我们需要考虑不同种类飞行器的性能参数显示，以及用户交互与控制。
还可以考虑加入飞行器模型的渲染，实现更加直观的飞行器性能展示。
4. 实时仿真与数据分析Prepar3D作为飞行器模拟平台具有优秀的实时仿真能力。
在飞行器性能可视化仿真系统中，我们可以利用Prepar3D的实时仿真技术，将飞行器性能数据与实际飞行状态进行结合，实现动态的性能可视化。
系统还可以支持对飞行器性能数据的分析，为飞行器设计与改进提供参考依据。
基于Prepar3D的飞行器性能可视化仿真系统对航空工业具有重要意义。
它可以帮助设计师更好地了解飞行器的性能特点，促进飞行器的设计与改进。
浅谈武警直升机飞行模拟器视景模拟系统
武警直升机是一种特殊的军用飞行器，其飞行特点和操作方式与其他类型的直升机有
着明显的区别。
为了保证飞行员的飞行技能和战斗效能，武警部队开发和采用了直升机飞
行模拟器视景模拟系统，用于进行飞行员培训和战斗训练。
直升机飞行模拟器视景模拟系统是一种高度复杂的仿真系统，它可以模拟飞行器的飞
行环境、状态和操作，包括飞机的起飞、飞行、降落、机动和战斗行动等全过程。
模拟器
还可以模拟各种复杂的场景，例如暴风雨、恶劣的天气条件、高山、云层等多种复杂的环境，使得飞行员可以在虚拟的环境中进行各种时间和空间的挑战。
直升机飞行模拟器视景模拟系统是由多个部分组成的系统，主要包括显示和计算单元、控制台和仿真驾驶舱。
显示和计算单元主要负责绘制视景和计算飞行器的状态和动力学特性，控制台负责执行飞行计划和调整参数，而仿真驾驶舱则是飞行员进行训练和操作的核
心部分。
通过利用直升机飞行模拟器视景模拟系统，可以让飞行员进行高效、安全和低成本的
培训和训练。
在虚拟环境中，飞行员可以随意进行各种技术挑战和战斗模拟，培养自己的
技能和决策能力。
同时，模拟器还能够模拟真实的应急情况和故障，让飞行员在安全的环
境下进行训练和应变，确保他们在真实环境中可以快速、准确和安全地应对各种紧急情况
和故障。
总之，直升机飞行模拟器视景模拟系统是武警部队的一项重要技术装备，为飞行员的
培训和战斗训练提供了高效、便捷和安全的方式。
在今后的发展中，我们相信这项技术将
会持续地提升，为武警部队的战斗力奠定更为坚实的基础。
三通道飞行训练器视景仿真系统
作者：任文婷王续乔李树君
来源：《数字技术与应用》2011年第08期
摘要：飞行模拟器视景显示系统的主要功能是将图像生成设备生成的视景图像通过显示设备显示给飞行员，它是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低直接影响到飞行训练模拟器性能和模拟训练效果。
关键词：飞行训练器仿真系统
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)08-0060-02
1、引言
视景显示系统用于舱外景象的模拟，提供逼真的舱外景象，是飞行模拟器的重要组成部分, 其主要功能是将图像生成设备生成的视景图像通过显示设备显示给飞行员，它是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低、显示效果的真实与否，直接关系到飞行员能否对景象做出正确的判断，从而能否及时准确地做出相应的反应，并最终影响到飞行模拟器性能和模拟训练效果[1]。
为了实现飞行时要求大视场角，采用环形柱面的显示屏幕，另外高清晰的窗外视景要求，通过多屏幕显示达到效果。
由于当投影机投影到非平面屏幕上时，图像的几何形状发生了变形，引起了几图像非线性失真。
多屏幕显示会带来多屏拼接问题。
目前迅速崛起的几何校正与边缘融合大屏幕“无缝”拼接投影显示技术为满足高分辨率整体感视景仿真系统提供了有效途径[2]。
本文介绍了三通道柱面投影的飞行训练器视景系统的系统设计，通过采用基于极坐标系从的纹理贴图的几何校正方法[3]，解决二维平面到三维柱面空间几何失真问题。
采用基于伽马
校正的边缘融合处理，实现三通道的无缝拼接。
2、系统设计
飞行训练器视景系统采用了一台图形工作站配3个图形卡实现3个通道，选用Dell Precision全新产品系列中的T5500作为图形工作站，安装上3个高性能显卡。
宽视角画面经拆分成3个部分从3个显卡输出到投影仪上,最终将立体图像投影在水平视场角为180°，半径
R=3000mm，显示高度H=2400mm的环形柱幕上。
三台投影仪位于圆点位置。
视景系统的分辨率为1280×1024,图像更新率为30 Hz,系统延迟小于80ms。
系统的结构图如图2-1所示。
3、训练器视景系统的关键技术
采用以上提出的设计方案有两个关键问题需要解决。
其一，透视投影图像投影在圆柱幕上，图像会发生几何变形，因此必须对投影图像进行几何变形校正；其二，多个投影仪投影图像拼接在一起，图像之间要么有一个缝隙，要么有一条2倍亮度的重叠区,这两种情况都会严重影响显示效果。
因此,必须把拼缝处的图像融合,使重叠部分的图像色彩尽可能一致。
3.1 几何校正
对于非线性失真，一般采用软件的方法来进行几何校正，本文采用了一种基于极坐标系的从二维平面到三维空间的基于纹理贴图的校正方法。
以其中间一台投影仪与圆形柱幕中间的三分之一为例说明几何校正原理，如图3-1和图3-2所示。
投影幕弧度为60度，投影机位于圆心O点，AHB 为投影仪正投影平面。
图像由O点投射到投影幕上，将会产生非线性形变。
我们要对形变的图像进行校正，就要建立平面AHB 与投影面的映射关系，而这首先需要找到投影面上的点与正投影面上点的映射关系。
其中R为该圆柱幕的半径，为的水平偏角，为的垂直偏角。
当投影机正投到AHB平面上时产生的是正确的图像，我们可以把帧缓存的图像拷贝出来成为一个标准的1×1大小的纹理，再将纹理按照横纵两个方向等角度划分成网格，则纹理第行第列的网格点坐标为点坐标，求得该点对应的水平偏角和垂直偏角，就可以找到和对应在投影面上的点，从而得到在投影面上的该点坐标。
我们就可以将划分好的每一个网格小块对应“贴到”投影平面的网格小块上，这样就建立平面AHB与投影面的映射关系。
3.2 边缘融合
视景信号通过图像控制处理器分割成3个部分，分别分配到3台子投影仪上输出到环形柱幕上，为了解决拼接处的物理缝隙，需对通道间进行无缝拼接和边缘融合的工作，实现一幅完整的宽视角的场景画面。
在场景渲染时,直接对帧缓存中的图像进行实时亮度融合，各子机对输入图像做边缘淡入淡出处理，之后再予以合成。
我们选取的是三块 1280*1024的投影机进行横向拼接，重叠区选择128个像素点，构成一个3584*1024的整幅屏。
如图3-3所示。
将叠加部分图像的每个像素乘以一个融合函数，考虑到在融合区处的图像的亮度能够与非融合区良好过渡而不产生拼缝,我们要求融合曲线能在连接部连续过渡,因此,经过比较,决定选用余弦函数曲线作为最初的融合曲线，即最左边部分的融合函数为而与之叠加的中间区域的图像需乘以。
式中为像素列在叠加区的相对位置。
按照上述按融合函数处理后合成图像，中间会出现有一个灰色条带。
也就是说像素数据融合后，还应该调整图像的亮度级使像素信号与亮度之间还应满足伽马(Gamma)关系。
故在处理过程中进行Gamma校正的设计，显示屏的亮度就是像素值(被归一化为介于0～1)的次幂。
经过对上述未校正前结果的计算，可以推算出该显示器的伽玛值大约为2.2(选为2.15)。
4、系统实现
我们采用了采用基于纹理贴图的校正方法后，可以看到经过几何校正后形成了一个不失真的完整的宽视角场景。
其中图4-1为未经过几何校正与边缘融合的效果图，图4-2为校正后效果图。
通过边缘融合后图4-2中的两条2倍亮度的重叠区也消失了，如图4-3所示。
5、结语
本文设计实现了三通道飞行训练器视景仿真系统，采用基于极坐标系从的纹理贴图的几何校正方法，解决二维平面到三维柱面空间几何失真问题。
采用基于伽马校正的边缘融合处理，实现三通道的无缝拼接。
通过系统验证该方法实现飞行时要求大视场角及高清晰的窗外视景要求，达到了一种较好的效果，为飞行员提供了高度沉浸感与真实感的飞行训练。
参考文献
[1]张号,贾庆轩,孙汉旭,高欣,阮瑞卿.一种多通道曲面投影系统的几何校正方法[J].系统仿真学报,2006.
[2]肖永生,赵明镜.飞行模拟器视景显示系统的研究与设计[J].科技广场2009.
[3]王胜正,杨杰.自动多投影仪非线性几何校正与边缘融合入方法[J].上海交通大学学
报,2008.
[4]宋学浩,范玉妹,黄康,种彬.一种汽车驾驶模拟器视景的三屏幕实现方法[J].微计算机信息,2007.
作者简介
任文婷，天津华翼蓝天科技有限公司，仿真工程师，主要从事飞机仿真训练设备研究和开发。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
